读写锁的基本原理（你难道不需要了解一下吗）

之前在的文章中已经写了公平锁、非公平锁，独享锁、共享锁，那么接下来我们就得介绍互斥锁和读写锁了那我们我就来了解一波把，下面我们就来聊聊关于读写锁的基本原理?接下来我们就一起去了解一下吧!

读写锁的基本原理

之前在的文章中已经写了公平锁、非公平锁，独享锁、共享锁，那么接下来我们就得介绍互斥锁和读写锁了。那我们我就来了解一波把！

锁的分类

1. 公平锁/非公平锁
2. 可重入锁
3. 独享锁/共享锁
4. 互斥锁/读写锁
5. 乐观锁/悲观锁
6. 分段锁
7. 偏向锁/轻量级锁/重量级锁
8. 自旋锁

## 互斥锁

首先我们先说什么是互斥？

互斥：事件A和B的交集为空，A与B就是互斥事件，也叫互不相容事件。这是百度百科中对互斥的的说法，比较官方，而其实所谓互斥，是指散布在不同进程之间的若干程序片断， 当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。

这样就是说互斥的两个线程之间是不可以同时运行，他们相互之间会排斥，必须是A线程运行完毕之后，B线程才能进行。

在我们通常使用的线程过程中遇到的最多的就是同步，实现同步的方法，我们就可以使用synchronized，而 synchronized 就是互斥锁。 但是这是很早之前我们使用过的了，其实还有一个是显式的，使用Lock 对象

####synchronized

我们先看看synchronized。

synchronized机制提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问, 并强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中, 当获取了多个锁时, 它们必须以相反的顺序释放. synchronized机制对锁的释放是隐式的, 只要线程运行的代码超出了synchronized语句块范围, 锁就会被释放.

而Lock机制必须显式的调用Lock对象的unlock()方法才能释放锁, 这为获取锁和释放锁不出现在同一个块结构中, 以及以更自由的顺序释放锁提供了可能.

我们看一下下面的几个场景：

(1) 普通方法前面加synchronized

synchronized public void test()｛….｝

这个操作就等价于在方法体前后包装了一个synchronized(this),或者说是给当前的类所在的对象加上了锁的标记，

而与它互斥的情况就会有三种，(也就是相互之间是的串的)

• 在该类的所有的静态方法中发生synchronized(this);
• 在该类的所有的静态方法前面加上synchronized关键字；
• 在其他类中得到该对象的引用，并对该对象进行synchronized操作；

synchronized public static void test(){….}

这个synchronized操作就等价于锁住了当前类的class对象，比如说这个类是A，那么相当于执行了synchronized(A.class)操作， 而与它互斥的场景就十分的明显了。

• 代码中任何一个地方发生了synchronized(A.class);
• 在该类的所有的静态的方法前面增加了synchronized关键字；

我们需要注意的是，锁住了类，并不是说我们锁住了类所在的对象，类本身也是一种对象呀。 它与类的实例是完全不同的两个对象，在加锁的时候不是相互以来的，换句话说，我们对类进行加锁并不与前面的一个案例锁描述的加锁互斥。

锁住了“子类”或“子类的对象”，与锁住“父类”或“父类的对象”是完全不想管的，他们彼此独立！

你看我们常说的synchronized的代码块加锁

synchronized （object）｛ //代码 ｝

这一段代码其实锁住的并不是代码块，而是锁住的object对象，因此在其他的代码中发生synchronized(object)时就会发生互斥。

读写锁

有很多时候会有人有疑问？读写锁是为了什么而存在的？这个如果你不看源码的话，你是不知道为什么的，如果你看了，那么就会很清晰的理解为什么了。

读写锁，是分为读锁和写锁的，那么他是为什么存在，其实最好理解的就是为了解决性能问题！

性能问题一直都是我们开发中最担心的一个问题，而JAVA提供了读写锁，在读的时候使用读锁，在写的时候使用写锁，如果在没有写锁的情况下， 读是无阻塞的，在一定程度上是它能提高程序的执行效率，读写锁之间，多个读锁不互斥，读锁和写锁确实互斥，这是JVM自己来控制的，而 JVM帮我们解决了，我们只需要去加锁即可。

我们来看看读写锁中经典的源码实例ReentrantReadWriteLock, 其实之前我已经不经意的提到过了，话不多来，来low一眼。

/** 获取读锁，如果写锁不是由其他线程持有，则获取并立即返回； 如果写锁被其他线程持有，阻塞，直到读锁被获得。 */ public void lock() { sync.acquireShared(1); } //acquireShared()首先会通过tryAcquireShared()来尝试获取锁。 //如果说获取不到那么他就回去执行 doAcquireShared(arg);直到获取到锁才会返回 //你看方法名do是不是想到了do-while呢？ public final void acquireShared(int arg) { if (tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireShared(arg); } //上面的这些方法全部都是在AbstractQueuedSynchronizer中 //而他通过Sync来调用的acquireShared //而Sync则是继承的AbstractQueuedSynchronizer abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer 而他调用的tryAcquireShared则是在ReentrantReadWriteLock中 protected final int tryAcquireShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); //获取状态 int c = getState(); //如果说锁状态不是0 并且获取锁的线程不是current线程 返回-1 if (exclusiveCount(c) != 0 && getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; //统计读锁的次数 int r = sharedCount(c); //若无需等待，并且共享读锁共享次数小于MAX_COUNT，则会把锁的共享次数加一， //否则他会去执行fullTryAcquireShared if (!readerShouldBlock() && r < MAX_COUNT && compareAndSetState(c, c SHARED_UNIT)) { if (r == 0) { firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { firstReaderHoldCount ; } else { HoldCounter rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) cachedHoldCounter = rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) readHolds.set(rh); rh.count ; } return 1; } //首次获取读锁失败后，重试获取 return fullTryAcquireShared(current); } /** fullTryAcquireShared()会根据是否需要阻塞等待 读取锁的共享计数是否超过限制”等等进行处理。 如果不需要阻塞等待，并且锁的共享计数没有超过限制， 则通过CAS尝试获取锁，并返回1。*/ final int fullTryAcquireShared(Thread current) { /* * This code is in part redundant with that in * tryAcquireShared but is simpler overall by not * complicating tryAcquireShared with interactions between * retries and lazily reading hold counts. */ HoldCounter rh = null; for (;;) { int c = getState(); if (exclusiveCount(c) != 0) { if (getExclusiveOwnerThread() != current) return -1; // else we hold the exclusive lock; blocking here // would cause deadlock. } else if (readerShouldBlock()) { // Make sure we're not acquiring read lock reentrantly if (firstReader == current) { // assert firstReaderHoldCount > 0; } else { if (rh == null) { rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) { rh = readHolds.get(); if (rh.count == 0) readHolds.remove(); } } if (rh.count == 0) return -1; } } if (sharedCount(c) == MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); if (compareAndSetState(c, c SHARED_UNIT)) { if (sharedCount(c) == 0) { firstReader = current; firstReaderHoldCount = 1; } else if (firstReader == current) { firstReaderHoldCount ; } else { if (rh == null) rh = cachedHoldCounter; if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); else if (rh.count == 0) readHolds.set(rh); rh.count ; cachedHoldCounter = rh; // cache for release } return 1; } } }

上面的源码是ReentrantReadWriteLock,中对读锁的解释，也是获取锁的过程，解锁过程我就不多说了，又兴趣的可以去之前的文章中仔细的去看。

而写锁相对于读锁来说，可能就没有那么复杂了

public void lock() { sync.acquire(1); } //此方法在AQS中 public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && // 如果 tryAcquire 失败，那么进入到阻塞队列等待 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); } //方法在 Sync中 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { /* * Walkthrough: * 1. If read count nonzero or write count nonzero * and owner is a different thread, fail. * 2. If count would saturate, fail. (This can only * happen if count is already nonzero.) * 3. Otherwise, this thread is eligible for lock if * it is either a reentrant acquire or * queue policy allows it. If so, update state * and set owner. */ Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); int w = exclusiveCount(c); if (c != 0) { // c != 0 && w == 0: 写锁可用，但是有线程持有读锁(也可能是自己持有) // c != 0 && w !=0 && current != getExclusiveOwnerThread(): 其他线程持有写锁 // 也就是说，只要有读锁或写锁被占用，这次就不能获取到写锁 if (w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread()) return false; if (w exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // Reentrant acquire setState(c acquires); return true; } // 如果写锁获取不需要 block，那么进行 CAS，成功就代表获取到了写锁 if (writerShouldBlock() || !compareAndSetState(c, c acquires)) return false; setExclusiveOwnerThread(current); return true; }

上面的代码是写锁加锁的过程了，其实相对于读锁来说稍微简单一点点。

那么我们再来看一下写锁是怎么释放的。

public void unlock() { sync.release(1); } //方法在AQS中 public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; } protected final boolean tryRelease(int releases) { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); int nextc = getState() - releases; boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0; if (free) setExclusiveOwnerThread(null); setState(nextc); // 如果 exclusiveCount(nextc) == 0，所有的写锁就都释放了， // 那么返回 true，这样会进行唤醒后继节点的操作。 return free; }

看完之后我们就能发现，他确实相对于读锁来说比较简单。

以上就是互斥锁和读写锁的所有解析过程，

在看文章的过程中，首先要先去看一下AQS到底是什么，不然很多东西会看不明白！

##总结

互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问，互斥锁只有两种状态,即上锁( lock )和解锁( unlock )。

互斥锁的特点：

• 原子性：把一个互斥量锁定为一个原子操作，保证了如果一个线程锁定了一个互斥量，没有其他线程在同一时间可以成功锁定这个互斥量；
• 唯一性：如果一个线程锁定了一个互斥量，在它解除锁定之前，没有其他线程可以锁定这个互斥量；

读写锁是为了让程序的性能更加优越而存在的，

读写锁特点：

• 多个读者可以同时进行读
• 写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者、写者同时进行）
• 写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）

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